лаба1 (Выполненные лабораторные работы)

Министерство образования Российской Федерации

Московский государственный технический университет

им. Н.Э.Баумана

__________________________________________________________________________

ЛАБОРАТОРНЫЙ ПРАКТИКУМ ПО КУРСУ

”Электроника и микропроцессорная техника”

ИССЛЕДОВАНИЕ ВОЛЬТАМПЕРНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК БИПОЛЯРНОГО ТРАНЗИСТОРА.

Выполнил:

Группа: БМТ1-51

Проверил: Созинов Б.Л.

Кафедра РАДИОЭЛЕКТРОННЫЕ СИСТЕМЫ И УСТРОЙСТВА

_____________________________________________________________________

Москва 2006 год

Исследование статических вольтамперных характеристик биполярного транзистора, включенного по схеме с общим эмиттером.

Целью работы является освоение методик измерения статических вольтамперных характеристик (ВАХ) биполярного транзистора, включенного по схеме с общим эмиттером (ОЭ). На базе полученных ВАХ транзистора научиться вычислять его малосигнальные низкочастотные усилительные параметры.

Задание на выполнение работы.

1. Ознакомиться с паспортными данными на транзистор марки КТ501М. По паспортным данным определить пределы изменений токов и напряжений, в которых следует провести экспериментальные измерения ВАХ транзистора.

Паспортные данные на транзистор КТ501М.

Р_к.max = 350 мВт,

I_к.max = 300 мА,

U_кб.max = 60 B

U_эбо.max = 60 B

h_21э = 40…120

I_кб0 < 1мкА

f_гр => 5 МГц

C_к =< 50 пФ

На базе паспортных данных транзистора изготовляется график-заготовка, куда в ходе измерений наносятся экспериментальные точки выходных характеристик биполярного транзистора.

Пределы изменений токов и напряжений, в которых следует провести экспериментальные измерения ВАХ транзистора:

1. максимальный ток коллектора I_К.max. = 10 мА

2. максимальное напряжение на коллекторе U_{КЭ.max.экс} = 15 В

Рис. 1. График-заготовка для выходной характеристики биполярного транзистора, включенного по схеме ОЭ.

1. Собрать схему для измерения семейства статических выходных характеристик транзистора, включенного по схеме с общим эмиттером.

Р
ис. 2. Принципиальная схема стенда для измерения семейства выходных характеристик биполярного транзистора в схеме ОЭ.

1. Измерить семейство выходных характеристик I_К=f(U_КЭ) биполярного транзистора.

I_Б1^* = 60.6 мкА

Выходные характеристики I_К1(U_кэ), I_К2(U_КЭ), I_К3(U_КЭ), I_К4(U_КЭ) с токами базы I_Б1 = I_Б1^*, I_Б2= 0.75* I_Б1^*, I_Б3= 0.5* I_Б1^*, I_Б4= 0.25* I_Б1^* соответственно.

Таблица №1.

Uкэ[B]	0	Uкэ.нас	-1	-3	-5	-10	-15
Iк1[мА]	0	4.28 (0.17)	4.76	4.89	Iк1*=5.00	5.15	5.51
Iк2[мА]	0	3.28 (0.15)	3.63	3.64	Iк2*=3.66	3.68	3.70
Iк3[мА]	0	1.99 (0.14)	2.21	2.23	Iк3*=2.26	2.26	2.28
Iк4[мА]	0	0.86 (0.14)	0.95	0.99	Iк4*=1.00	1.01	1.03

Таблица №2

Uкэ [В.]	Iк [ма]	IБ [мкА]
5	IК1* = 5.00	IБ1* = 60.6
5	IК2* = 3.66	IБ2 =0.75* IБ1*= 45.5
5	IК2* = 2.26	IБ3 =0.50* IБ1*= 30.3
5	IК4* = 1.00	IБ4 =0.25* IБ1*= 15.2

1. Собрать схему для измерения семейства статических входных и передаточной характеристик транзистора, включенного по схеме ОЭ.

Рис. 3. Схема для измерения семейства входных и передаточной характеристик транзистора, включенного по схеме ОЭ.

1. Измерить входные I_Б=f(U_БЭ) и передаточную I_К=f(U_БЭ) характеристики транзистора в схеме ОЭ.

Входные характеристики измеряются для двух напряжений на коллекторе: U_КЭ^*= -5 В. (работа транзистора в активном режиме) и U_КЭ^**= 0 В. (работа транзистора в режиме насыщения). Передаточную характеристику транзистора необходимо получить только для активного режима (U_КЭ^*= -5 В).

Определяем шаг изменения тока базы I_Б, с которым проводят измерения:

I_Б = I_Б^max / n = 60 мкА / 10 = 6 мкА,

где n = 10 – желаемое число экспериментальных точек.

При последнем измерении определяем напряжение на базе U_б0, когда коллекторный ток уменьшится до 5 – 10 мкА:

U_б0 = 0.45 В.

Измеряем сквозной ток транзистора I_КЭ0, т.е. ток в коллекторной цепи при нулевом базовом токе:

I_КЭ0 = 40 мА при U_кэ = 15 В.

Таблица №3

IБ	60	54	48	42	36	30	24	18	12	6
UБЭ5	0.61	0.61	0.61	0.60	0.60	0.60	0.59	0.58	0.57	0.55
IК5	4.97	4.42	3.87	3.32	2.77	2.25	1.73	1.23	0.76	0.33
UБЭ0	0.58	0.58	0.57	0.57	0.57	0.56	0.55	0.54	0.53	0.51

По выходной характеристики транзистора для каждой ветви вычисляется выходное сопротивление r_кэ транзистора как

r_кэ = U_КЭ/I_К,

где U_КЭ - приращение выходного напряжения и соответствующее ему I_К - приращение выходного тока берется относительно рабочей точки с напряжением U_КЭ = 5 B. Определяется четыре значения r_кэ, каждое из которых соответствует току эмиттера I_Э, равному:

I_Э = I_Б + I_К(U_КЭ = 5 B)  I_К(U_КЭ = 5 B).

По четырем значения r_кэ и тока I_Э строится зависимость r_кэ=f(I_Э).

Для определения напряжения Эрли U_ЭР выходные характеристики аппроксимируются линейной зависимостью:

I_К =a+b*U_КЭ

где коэффициенты a и b определяются для каждой ветви выходной характеристики по двум измеренным точкам, например, при U_КЭ = 10 B (U_КЭ¹⁰ и I_К¹⁰) и U_КЭ = 1 B (U_КЭ¹ и I_К¹). Получив таким образом систему из двух уравнений и решая ее, находим коэффициенты a и b:

a=( I_К¹*U_КЭ¹⁰ - I_К¹⁰*U_КЭ¹)/( U_КЭ¹⁰ - U_КЭ¹)

b=( I_К¹⁰- I_К¹)/( U_КЭ¹⁰- U_КЭ¹).

Тогда из условия, что при напряжении Эрли коллекторный ток становится равным нулю, определяем его величину:

U_ЭР=- (I_К¹*U_КЭ¹⁰ - I_К¹⁰*U_КЭ¹)/( I_К¹⁰- I_К¹).

Каждая ветвь выходной характеристики дает свое значение U_ЭР, которые отличаются между собой незначительно. Их средняя величина характеризует семейство выходных характеристик транзистора.

По входным и передаточной характеристикам строятся зависимости изменения входного сопротивления по постоянному (R_вх=U_бэ/I_Б) и переменному (r_вх=U_бэ/I_Б) току, коэффициента передачи для постоянного (В=I_к/I_Б) и переменного (=I_к/I_Б) тока, крутизны транзистора (S=I_к/U_бэ) от тока эмиттера (I_э=I_к+I_Б). В качестве приращений  используйте показания соседних измерений, занесенные в таблицу №3.

Обработка результатов экспериментально измеренных

ВАХ биполярного транзистора.

В ходе проведения экспериментальных исследований выходных характеристик биполярного транзистора получена табличная зависимость тока коллектора от напряжения между коллектором и эмиттером при нескольких постоянных величин базового тока с равным шаговым изменением.

Рис. 1. Выходные характеристики транзистора КТ501М

Выходные характеристики транзистора позволяют определить его выходное сопротивление по переменному току, которое обозначим как rke. Это сопротивление вычисляется как отношение приращения напряжения на коллекторе Uкэ к приращению тока коллектора Iк при постоянном токе базы Iб:

rke=dUкэ/dIк при Iб=Const

С геометрических позиций выходное сопротивление по переменноу току характеризует наклон выходной характеристики. Из экспериментальных характеритик следует, что выходное сопротивление транзистора (на примере КТ501M) зависит от величины тока коллектора Iк (выходные характеристики транзистора имеют разные углы наклона).

Рис. 2. Изменение выходного сопротивления транзистора в схеме ОЭ в зависимости от величины тока коллектора (ток коллектора в мА, сопротивление в Ом).

На практике семейство выходных характеристик транзистора в активном режиме аппроксимируют линейными характеристикам, выходящими из одной точки. Это общая для всех характеристик точка, расположенная на оси х, когда ток коллектора равен нулю, носит название напряжения Эрли.

Примем, что выходная характеристика транзистора аппроксимируется линейной зависимостью

Iк=а*Uкэ+в